JP6269883B1 - 無電極電灯の点灯装置 - Google Patents

Abstract

【課題】周辺環境や設置条件などの影響によって点灯周波数が変動した場合であっても点灯しやすくできる無電極電灯の点灯装置を提供。【解決手段】点灯装置１０は、電源入力回路である整流平滑回路１１およびブーストコンバータ１２と、インバータ回路である単相インバータ１３と、共振回路１４と、単相インバータ１３を制御する回路制御部である制御ＩＣ１５と、を備える。制御ＩＣ１５は、単相インバータ１３に発生させる電圧の周波数を高周波数側から低周波数側に向かって順次変更し、各周波数の出力電流によって無電極電灯が点灯したか否かを判定する。【選択図】図２

Description

本発明は、無電極電灯の点灯装置に関する。

従来、誘導コイルからの高周波磁界による電界放電で無電極電灯を点灯させるための装置として、商用交流電源から供給される交流電力を直流電力に変換する直流電源回路と、直流電源回路から出力される直流電力を高周波電力に変換して誘導コイルに供給する高周波電源回路と、高周波電源回路を制御して誘導コイルに供給される高周波電力を増減する制御回路と、を備えた点灯装置が利用されている。このような点灯装置において、無電極電灯が暗所に長期間放置された後や周囲温度が低い状況あるいは無電極電灯の特性のばらつきが大きい場合など、無電極電灯が点灯しないか点灯しにくくなることがある。このような点灯不良の改善を図ることを目指した点灯装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に記載された点灯装置は、商用交流電源から給電が開始された時点から所定の始動準備期間の間において、誘導コイルに印加する高周波電圧を低く設定するとともに、高周波電圧の駆動周波数を始動周波数よりも高い周波数に設定し、始動準備期間の後の始動スイープ期間において、高周波電圧を徐々に増大させるとともに、駆動周波数を始動周波数まで徐々に下降させるように、制御回路がインバータ回路の駆動周波数を変化させる。このように高周波電圧および駆動周波数を変化させることで、始動準備期間に無電極電灯のバルブ内で高周波電界放電を生じさせ、バルブ内の放電ガス原子を活性化し、これによって無電極電灯の始動性を向上させようとするものである。

特開２０１１−０２８９１２号公報

特許文献１に記載された点灯装置では、始動準備期間から始動スイープ期間にかけて高周波電圧および駆動周波数を変化させるものの、スイープ終了時には始動周波数に合致させるように駆動周波数を固定し、この始動周波数によって無電極電灯の点灯を継続させるようになっている。しかしながら、無電極電灯の始動周波数（点灯周波数）は、無電極電灯を含んだ外部負荷の構成や設置条件によっても変動することがあり、従来の点灯装置のような駆動制御を実施したとしても無電極電灯が点灯しない可能性がある。

本発明の目的は、周辺環境や設置条件などの影響によって点灯周波数が変動した場合であっても点灯しやすくできる無電極電灯の点灯装置を提供することである。

本発明の無電極電灯の点灯装置は、無電極電灯を含む外部負荷に高周波交流電流を供給して無電極電灯を点灯させるための点灯装置であって、電源電流を整流して昇圧する電源入力回路と、前記電源入力回路からの電圧の周波数を変換するインバータ回路と、前記インバータ回路からの電圧を正弦波にして出力する共振回路と、前記インバータ回路を制御する回路制御部と、を備え、前記外部負荷には、前記共振回路と無電極電灯とを接続するケーブルが含まれ、このケーブルの長さとして想定される最長ケーブル長さに基づき、点灯判定までの判定時間が設定され、前記回路制御部は、前記インバータ回路に発生させる電圧の周波数を高周波数側から低周波数側に向かって順次変更して前記インバータ回路に電流を出力させてから前記判定時間が経過したときに、各周波数の出力電流によって無電極電灯が点灯したか否かを判定する点灯判定を実行し、点灯しないと判定した場合は、周波数を変更して点灯判定を繰り返し、点灯したと判定した場合は、そのときの周波数の出力電流を前記インバータ回路に発生させ続けることを特徴とする。

このような本発明によれば、インバータ回路で変換する電圧の周波数を高周波数側から低周波数側に向かって順次変更（周波数スイープ）し、各周波数の出力電流によって無電極電灯が点灯したか否かを回路制御部が判定する。従って、周辺環境や設置条件などの影響によって点灯周波数が変動し、所定の点灯周波数からずれた場合であっても、出力電流の周波数を周波数スイープによって点灯周波数に徐々に近づけていくことができ、無電極電灯が点灯しやすくできる。この際、出力電流の周波数を高周波数側から低周波数側に向かって周波数スイープすることで、外部負荷のインピーダンスの共振周波数よりも出力電流の周波数が低くならないようにでき、インバータ回路の破損を防止することができる。
また、外部負荷に含まれるケーブルの最長ケーブル長さに基づいて判定時間が設定され、この判定時間によって回路制御部が点灯判定を実行することで、最長ケーブル長さまでの長さを有する各種ケーブルに対して点灯判断を確実に実行することができる。すなわち、外部負荷のケーブル長さが長いほど共振周波数におけるインピーダンスが大きくなり、点灯しにくくなるとともに点灯するまでの時間が長くなることから、想定される最長ケーブル長さに基づいて判定時間が設定されていれば、それよりも短いケーブルの場合には判定時間よりも短い時間で点灯することになり、点灯判断の確実性を向上させることができる。

この際、本発明では、前記回路制御部は、前記インバータ回路の出力電流の電流値を検出し、この電流値の低下に基づいて無電極電灯が点灯したと判定することが好ましい。

このような構成によれば、インバータ回路の出力電流の電流値を回路制御部が検出し、電流値の低下を検出して無電極電灯の点灯を判定することで、複雑な検出装置を別途設置しなくても点灯判断を実行することができ、装置の構造を簡単化することができる。

さらに、本発明では、前記回路制御部は、周波数の順次変更に伴って前記インバータ回路の出力電流の電流値が増加した後に低下することを検出し、この検出に基づいて無電極電灯が点灯したと判定することが好ましい。

このような構成によれば、インバータ回路の出力電流の電流値が増加した後に低下することを回路制御部が検出し、この検出に基づいて無電極電灯の点灯を判定することで、より確実に点灯判断を実行することができる。

さらに、本発明では、前記最長ケーブル長さのケーブルを含む前記外部負荷に対して前記判定時間による点灯判定を実行した場合に無電極電灯が点灯する点灯周波数と、当該外部負荷における共振周波数と、の周波数差よりも小さいきざみ幅によって、前記回路制御部が周波数を変更することが好ましい。

このような構成によれば、最長ケーブル長さのケーブルの場合に点灯する点灯周波数と、その外部負荷の共振周波数と、の周波数差に基づき、この周波数差よりも小さいきざみ幅で周波数スイープすることで、共振周波数よりも出力電流の周波数が低くなることがなく、インバータ回路や共振回路の破損をより確実に防止することができる。

また、本発明では、前記回路制御部は、変更した周波数が所定の下限周波数に達しても無電極電灯が点灯しないと判定した場合は前記インバータ回路からの出力電流を停止させることが好ましい。

このような構成によれば、無電極電灯の故障や外部負荷の異常などがあった場合、周波数スイープによって点灯周波数になっても点灯せず、点灯周波数（共振周波数）を超えた低い周波数の出力電流が印加されてしまうことになる。このような異常があった場合、所定の下限周波数に達しても無電極電灯が点灯しないと判断し、出力電流を停止させることで、共振回路や外部負荷に出力電流が印加され続けることによるさらなる故障等の発生を防止することができる。

さらに、本発明では、前記回路制御部は、前記下限周波数に達して出力電流を停止させるとともに、点灯判定が正常に終了したことを報知手段によって報知することが好ましい。

このような構成によれば、下限周波数に達して出力電流を停止させるとともに、点灯判定が正常に終了したことを報知手段によって報知することで、点灯装置が正常に動作していることが利用者から判別できる。従って、無電極電灯が点灯しない非点灯の原因として、点灯装置の故障等ではなく、無電極電灯の故障や外部負荷の異常などを点検すればよいので、原因追及の手間を削減することができる。

本発明の一実施形態に係る点灯装置に用いられる無電極電灯を示す図 本発明の一実施形態に係る点灯装置を示すブロック図 前記点灯装置による点灯制御を示すフローチャート 前記無電極電灯を含む外部負荷の周波数とインピーダンスとの関係を示すグラフ 前記無電極電灯の点灯または非点灯の場合の出力電流波形を示す図 特定の外部負荷の周波数とインピーダンスとの関係を示すグラフ 特定の外部負荷に対する異なる周波数の出力電流波形を示す図 前記点灯装置におけるインバータ回路の動作を説明する図 前記点灯装置における出力電流の検出部を示す図 前記点灯装置における無電極電灯の点灯判断を説明するグラフ 無電極電灯が点灯するまでの制御を説明する図 異常時の外部負荷の周波数とインピーダンスおよび位相との関係を示すグラフ

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る点灯装置に用いられる無電極電灯を示す図である。
図１に示すように、無電極電灯であるランプ１は、発光管２と、誘電コイル３と、外部電極４と、を備えている。発光管２の内部には、水銀原子が蒸気として封入され、発光管２の内面には、蛍光体が塗布されている。外部電極４は、後述する点灯装置１０の共振回路１４とケーブル５によって接続され、ケーブル５を介して高周波交流電流が供給される。また、ランプ１およびケーブル５によって外部負荷６が構成されている。

このランプ１は、誘電コイル３に高周波交流電流が供給されることによって高周波磁界Ｍを発生させるとともに、この高周波磁界Ｍによって放電路（電界）を発生させる電磁誘導結合型放電の無電極ランプである。発光管２内に電界が発生すると、この電界によって加速された電子が水銀原子と衝突して電離が起き、放出される紫外線が蛍光体に衝突して可視光線が生じ、これによってランプ１が発光するように構成されている。

図２は、本発明の一実施形態に係る点灯装置を示すブロック図である。
図２に示すように、点灯装置１０は、商用電源からの電源電圧を入力する電源入力回路である整流平滑回路１１およびブーストコンバータ１２と、インバータ回路である単相インバータ１３と、ランプ１に高周波交流電流を供給する共振回路１４と、単相インバータ１３を制御する回路制御部である制御ＩＣ１５と、報知手段であるインジケータ１６と、を備えている。商用電源は、例えば、単相２００Ｖの交流電源が利用される。

整流平滑回路１１は、ダイオードブリッジと平滑化キャパシタを有する平滑化回路であって、電源電圧を整流して直流電圧に変換する。ブーストコンバータ１２は、整流平滑回路１１で変換された直流電圧を昇圧させる。単相インバータ１３は、ブーストコンバータ１２で昇圧された電圧を高周波の矩形交流電圧に変換する。共振回路１４は、単相インバータ１３からの矩形交流電圧を正弦波状の出力電圧に変換して外部負荷６に出力する。

制御ＩＣ１５は、単相インバータ１３のスイッチング周波数を変更して電圧の周波数を設定するとともに、単相インバータ１３から出力される出力電流の電流値を読み取り、この電流値によって単相インバータ１３から先の回路の状態を検出する。このような制御ＩＣ１５は、検出した回路の状態（出力電流の電流値）に基づいて、ランプ１の点灯状態を判断し、この判断に基づいて単相インバータ１３に出力させる出力電流の電圧周波数を設定する。

インジケータ１６は、ＬＥＤ（Light Emitting Diode、発光ダイオード）を有し、このＬＥＤを点灯させることで利用者に点灯装置１０の状態を報知するものである。このインジケータ１６は、制御ＩＣ１５によって点灯／非点灯が制御される。なお、インジケータ１６は、ＬＥＤを有したものに限らず、他のランプなどの発光体を有してもよいし、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display、液晶ディスプレイ）などの表示装置を有して構成されてもよい。さらに、報知手段としては、ブザーやスピーカなどの音声出力装置を有して構成されていてもよい。

図３は、点灯装置による点灯制御を示すフローチャートである。
点灯装置１０の制御ＩＣ１５は、電源がＯＮされて電源電流が供給されると、図３に示すように、ランプ１の点灯制御を実行する。

制御ＩＣ１５は、先ず、単相インバータ１３の駆動電圧の周波数ｆ_ｓを初期設定周波数ｆ_ｓ０に設定する（ステップＳＴ１）。この初期設定周波数ｆ_ｓ０は、後述するように、想定される複数の外部負荷６における各共振周波数ｆ_ｒよりも十分に高い周波数であって、初期設定周波数ｆ_ｓ０の出力電流を単相インバータ１３から出力したとしてもランプ１が点灯しない程度の値（例えば、２７０ｋＨｚ）に設定されている。

次に、制御ＩＣ１５は、初期設定周波数ｆ_ｓ０の駆動電圧を単相インバータ１３から出力させた状態で所定の判定時間Ｔ_Ｌｓだけ待機する（ステップＳＴ２）。この判定時間Ｔ_Ｌｓとしては、後述するように、想定される複数の外部負荷６のうち、ケーブル５の長さが最も長いものの共振周波数ｆ_ｒにおける点灯時間Ｔ_Ｌによって設定され、例えば本実施形態では、判定時間Ｔ_Ｌｓは約５００μｓｅｃに設定されている。

判定時間Ｔ_Ｌｓだけ待機した後、制御ＩＣ１５は、ランプ１が点灯したか否かを判定する（ステップＳＴ３）。この点灯判定は、後述するように、単相インバータ１３から出力される出力電流の電流値Ｉ_ｓｏｕｔを検出し、この電流値Ｉ_ｓｏｕｔの変動に基づいて判定する。

点灯判定においてランプ１が点灯しないと判定した場合（ステップＳＴ３でＮＯ）、制御ＩＣ１５は、駆動電圧の周波数ｆ_ｓが予め設定した下限周波数に到達したか否かを判断する（ステップＳＴ４）。この下限周波数は、想定される複数の外部負荷６のうち最も低い共振周波数ｆ_ｒに基づき、この共振周波数ｆ_ｒよりも若干低い値（例えば、２１３ｋＨｚ）に設定されている。

ステップＳＴ４において下限周波数に到達していないと判定した場合（ステップＳＴ４でＮＯ）、制御ＩＣ１５は、単相インバータ１３の駆動電圧の周波数ｆ_ｓを低い側に向かって変更する（ステップＳＴ５）。ここで、変更する周波数のきざみ幅Δｆとしては、後述するように、ケーブル５の長さが最も長い外部負荷６の共振周波数ｆ_ｒと点灯時間Ｔ_ＬＳの点灯周波数との関係に基づいて設定され、例えば本実施形態では、周波数のきざみ幅Δｆは１ｋＨｚに設定されている。

ステップＳＴ５で周波数ｆ_ｓを変更したら、制御ＩＣ１５は、ステップＳＴ２に戻り、ステップＳＴ３，ＳＴ４を繰り返す。すなわち、高周波数側から低周波数側に向かって周波数ｆ_ｓを順次変更（周波数スイープ）しつつ点灯判定を繰り返し実行する。

点灯判定においてランプ１が点灯したと判定した場合（ステップＳＴ３でＹＥＳ）、制御ＩＣ１５は、そのときの周波数ｆ_ｓに固定し、その周波数ｆ_ｓの駆動電圧を単相インバータ１３に発生させ続ける（ステップＳＴ６）。これによりランプ１が点灯し続けるので、制御ＩＣ１５は、点灯制御を終了する。

一方、点灯判定においてランプ１が点灯せず（ステップＳＴ３でＮＯ）、下限周波数に到達したと判定した場合（ステップＳＴ４でＹＥＳ）、制御ＩＣ１５は、単相インバータ１３からの出力電流を停止させる（ステップＳＴ７）。すなわち、一連の周波数スイープによって単相インバータ１３の駆動電圧の周波数ｆ_ｓを下限周波数まで変更しても、ランプ１の点灯が確認されなければ、出力電流を停止する。

単相インバータ１３の出力電流を停止した後、制御ＩＣ１５は、インジケータ１６を点灯させ（ステップＳＴ８）、点灯制御を終了する。すなわち、ランプ１が点灯しなかった場合であっても、一連の周波数スイープによる点灯判定処理を実行し、出力電流を停止させるという、点灯制御の処理が正常に終了したことをインジケータ１６の点灯によって利用者に報知する。

以下、図４〜８も参照し、ランプ１およびケーブル５を含む外部負荷６の特性、および点灯装置１０の制御の設定方法を具体的に説明する。
図４は、無電極電灯を含む外部負荷の周波数とインピーダンスとの関係を示すグラフであり、図５は、無電極電灯の点灯または非点灯の場合の出力電流波形を示す図である。図６は、特定の外部負荷の周波数とインピーダンスとの関係を示すグラフであり、図７は、特定の外部負荷に対する異なる周波数の出力電流波形を示す図である。図８は、点灯装置におけるインバータ回路の動作を説明する図である。

図４には、ケーブル５の長さが異なる３種類の外部負荷６における周波数とインピーダンスとの関係が示されている。３種類の外部負荷６におけるケーブル５の長さは、それぞれ０ｍ、１１ｍ、３０ｍであり、図４において、ケーブル５の長さが０ｍの外部負荷６のインピーダンスが実線で示され、長さが１１ｍのものが破線で示され、長さが３０ｍのものが二点鎖線で示されている。ここで、ケーブル５の長さが０ｍとは、共振回路１４とランプ１の外部電極４とが直接接続されるか、または極短いケーブル５で接続された接続状態を意味する。

図４に示すように、外部負荷６のインピーダンスは、周波数の高い側から低い側に向かって徐々に低下し、極小値となってから徐々に増加していくという周波数特性（周波数依存性）を備えている。このようにインピーダンスが極小値となる周波数が共振周波数ｆ_ｒであり、この共振周波数ｆ_ｒは、ケーブル５の長さが長いほど小さくなる。具体的には、本実施形態の例において、ケーブル５の長さが０ｍの場合の共振周波数ｆ_ｒが約２５９ｋＨｚであり、ケーブル５の長さが１１ｍの場合の共振周波数ｆ_ｒが約２４０ｋＨｚであり、ケーブル５の長さが３０ｍの場合の共振周波数ｆ_ｒが約２１８ｋＨｚである。

また、各共振周波数ｆ_ｒにおけるインピーダンスは、ケーブル５の長さが長いほど大きくなり、すなわち、ケーブル５の長さが長いほど外部負荷６の抵抗が大きくなる。このように共振周波数ｆ_ｒにおけるインピーダンスが極小値となることで、共振周波数ｆ_ｒの近傍において、外部負荷６に流れる電流値が増加し、共振周波数ｆ_ｒから離れるほど外部負荷６に流れる電流値が減少することとなる。従って、共振周波数ｆ_ｒに近い周波数を有する電圧を印加することで、ランプ１が点灯しやすくなり、共振周波数ｆ_ｒから遠い周波数を有する電圧を印加すると、ランプ１が点灯しにくいかランプ１が点灯しないようになっている。

図５には、一定のケーブル５の長さの外部負荷６に対して異なる周波数ｆ_ｓの電圧を印加した際の単相インバータ１３から出力される出力電流の電流値Ｉ_ｓｏｕｔを示す波形であり、図５（Ａ）は、ランプ１が点灯した場合の出力電流波形であり、図５（Ｂ）は、ランプ１が点灯しなかった場合の出力電流波形である。具体的には、共振周波数ｆ_ｒが２５０ｋＨｚの外部負荷６に対し、同じ２５０ｋＨｚの周波数ｆ_ｓを有した電圧を印加した場合、図５（Ａ）に示すように、印加開始（時間ｔ＝０ｓｅｃ）から時間ｔ_１ｓｅｃ後に、ランプ１が点灯して出力電流の電流値Ｉ_ｓｏｕｔが低下する。

一方、共振周波数ｆ_ｒと異なる２５８ｋＨｚの周波数ｆ_ｓを有した電圧を印加した場合、図５（Ｂ）に示すように、印加開始から時間ｔ_１ｓｅｃ経過後にも出力電流の電流値Ｉ_ｓｏｕｔが低下せず、その後、電圧を印加し続けても電流値Ｉ_ｓｏｕｔが低下することなく、すなわち、ランプ１が点灯しないことが分かる。このように、外部負荷６の共振周波数ｆ_ｒと印加する電圧の周波数ｆ_ｓとの関係によって、ランプ１が点灯するか点灯しないかが決まる。このような特性に基づけば、出力電流の電流値Ｉ_ｓｏｕｔを検出し、その検出結果を見ることで、ランプ１が点灯したか点灯しなかったかの判定ができることになる。

図６には、特定の外部負荷６として、例えば、ケーブル５の長さが１ｍの外部負荷６における周波数とインピーダンスとの関係が示され、図７（Ａ）〜（Ｃ）には、この外部負荷６に対し、異なる周波数として２６６ｋＨｚ、２６２ｋＨｚ、２５８ｋＨｚの３種類の周波数ｆ_ｓの駆動電圧を印加した際の出力電流波形が示されている。図６に示すように、ケーブル５の長さが１ｍの外部負荷６において、インピーダンスが極小値となる共振周波数ｆ_ｒは約２５８ｋＨｚであり、このときのインピーダンスは約５．４Ωである。また、周波数が２６６ｋＨｚのときのインピーダンスは約１３．８Ωであり、周波数が２６２ｋＨｚのときのインピーダンスは約２６．５Ωである。

図７（Ａ）に示すように、周波数ｆ_ｓが２６６ｋＨｚの電圧を印加した場合、単相インバータ１３から出力される電流値Ｉ_ｓｏｕｔは、印加開始から時間Ｔ_Ｌ３ｓｅｃ後に低下し、このときランプ１が点灯した。図７（Ｂ）に示すように、周波数ｆ_ｓが２６２ｋＨｚの場合、電流値Ｉ_ｓｏｕｔは、印加開始から時間Ｔ_Ｌ２ｓｅｃ後に低下し、このときランプ１が点灯した。図７（Ｃ）に示すように、共振周波数ｆ_ｒである２５８ｋＨｚの場合、電流値Ｉ_ｓｏｕｔは、印加開始から時間Ｔ_Ｌ１ｓｅｃ後に低下し、このときランプ１が点灯した。このように印加する電圧の周波数が共振周波数ｆ_ｒに近づくほど、ランプ１が点灯するまでの時間が短くなり、点灯しやすくなることが分かる。

以上のように、外部負荷６のインピーダンスは、共振周波数ｆ_ｒで極小値となって、共振周波数ｆ_ｒに近づくほどランプ１が点灯しやすくなるとともに、点灯するまでの時間（点灯時間Ｔ_Ｌ）が短くなる。一方、共振周波数ｆ_ｒから離れるほどランプ１が点灯しにくくなるとともに、点灯するまでの時間（点灯時間Ｔ_Ｌ）が長くなる。このような周波数特性を有した外部負荷６に対し、単相インバータ１３の制御に使用する周波数範囲は、共振周波数ｆ_ｒよりも大きい側であるとともに、初期設定周波数ｆ_ｓ０から共振周波数ｆ_ｒに向かって順次小さくなるように周波数ｆ_ｓの制御方向が設定される。

図８には、外部負荷６が容量性負荷になった場合において、単相インバータ１３に作用する電圧Ｖ_ｓｏｕｔおよび電流Ｉ_ｓｏｕｔの状態が示されている。外部負荷６の位相特性として、共振周波数ｆ_ｒよりも大きい周波数範囲では位相が正の誘導性負荷となり、共振周波数ｆ_ｒよりも小さい周波数範囲では位相が負の容量性負荷となることが知られている。図８に示すように、容量性負荷（位相が負）になると、単相インバータ１３の回路における矩形電圧Ｖ_ｓｏｕｔの位相が出力電流Ｉ_ｓｏｕｔの位相よりも遅れる現象が起き（例えば、図８に示すグラフの時刻ｔ_ａ参照）、回路中のＭＯＳ（Metal-Oxide Semiconductor、金属酸化膜半導体）等の素子に対し、外部負荷６からの電流が戻って過大な電流が発生してしまう。このような共振周波数ｆ_ｒよりも小さい周波数範囲で駆動を継続すると、単相インバータ１３の回路が破壊される可能性がある。従って、図６に示すように、単相インバータ１３の制御に使用する周波数範囲（初期設定周波数ｆ_ｓ０から点灯周波数までの周波数範囲）は、共振周波数ｆ_ｒを下回らないことが好ましい。

また、前述の図４で説明したように、ケーブル５の長さが長いほど、外部負荷６の共振周波数ｆ_ｒにおけるインピーダンスは大きくなり、このため共振周波数ｆ_ｒ付近においても点灯時間Ｔ_Ｌが長くなる。従って、外部負荷６に用いられるケーブル５の想定される最長ケーブル長さに基づいて点灯制御の判定時間Ｔ_Ｌｓを設定することで、各長さのケーブル５に対してランプ１を点灯させることができる。ここで、例えば、最長ケーブル長さを３０ｍとした場合、点灯時間Ｔ_Ｌが約５００μｓｅｃであることが測定されたので、判定時間Ｔ_Ｌｓを５００μｓｅｃに設定した。なお、本実施形態では、判定時間Ｔ_Ｌｓは、最長ケーブル長さを３０ｍとした場合の点灯時間Ｔ_Ｌと同一の時間に設定しているが、これよりも長い時間に設定してもよい。

このように判定時間Ｔ_Ｌｓを５００μｓｅｃに設定し、長さ１ｍのケーブル５を有した外部負荷６において点灯制御を実行した場合、図６に示すように、ランプ１が点灯するときの駆動周波数ｆ_ｓは２６２ｋＨｚであった。この外部負荷６の共振周波数ｆ_ｒは２５８ｋＨｚであり、駆動周波数ｆ_ｓと共振周波数ｆ_ｒとの差は４ｋＨｚである。従って、共振周波数ｆ_ｒよりも若干高い周波数ｆ_ｓで駆動されることとなる。

また、長さ３０ｍのケーブル５を有した外部負荷６においても同様の点灯制御を実行し、共振周波数ｆ_ｒよりも若干高い周波数ｆ_ｓでランプ１が点灯することを確認した。この駆動周波数ｆ_ｓと共振周波数ｆ_ｒとの差に基づき、点灯制御における駆動周波数ｆ_ｓのきざみ幅Δｆを１ｋＨｚに設定した。すなわち、きざみ幅Δｆは、想定される最長ケーブル長さ３０ｍのケーブル５を含む外部負荷６に対して、判定時間Ｔ_Ｌｓ（５００μｓｅｃ）による点灯判定を実行した場合に、ランプ１が点灯する駆動周波数ｆ_ｓと、外部負荷６の共振周波数ｆ_ｒと、の周波数差よりも小さい値に設定されている。従って、点灯制御において、駆動周波数ｆ_ｓが共振周波数ｆ_ｒを下回ってしまわないようにでき、外部負荷６が容量性負荷になることがなく、単相インバータ１３の回路が破壊されることを防止することができる。

次に、図９〜１１を参照して点灯判断の方法について説明する。図９は、点灯装置における出力電流の検出部を示す図である。図１０は、点灯装置における無電極電灯の点灯判断を説明するグラフであり、図１１は、無電極電灯が点灯するまでの制御を説明する図である。

単相インバータ１３からの出力電流Ｉ_ｓｏｕｔの検出部１７は、単相インバータ１３と共振回路１４との間に設けられ、図９に示すように、カレントトランスＣＴと、ダイオードＤと、抵抗Ｒ１，Ｒ２と、コンデンサＣと、スイッチＳ１と、を備えている。抵抗Ｒ１によって電流・電圧変換が行われ、ダイオードＤ、コンデンサＣおよび抵抗Ｒ２によって整流平滑回路が構成され、スイッチＳ１によってコンデンサＣの蓄電、放電が行われる。このような検出部１７では、単相インバータ１３からの出力電流Ｉ_ｓｏｕｔに応じた直流電圧Ｖ_ｄｏｕｔが得られるが、コンデンサＣにスイッチＳ１が接続されていることで、スイッチＳ１のＯＮ／ＯＦＦによって直流電圧Ｖ_ｄｏｕｔの検出タイミングが制御できる。スイッチＳ１のＯＮ／ＯＦＦは制御ＩＣ１５によって制御され、制御ＩＣ１５は直流電圧Ｖ_ｄｏｕｔを検出する。

制御ＩＣ１５は、駆動電圧の印加開始から判定時間Ｔ_Ｌｓが経過するまでの間、スイッチＳ１をＯＮしてコンデンサＣの両端を短絡させることで、図１０に示すように、直流電圧Ｖ_ｄｏｕｔが０Ｖになる。判定時間Ｔ_Ｌｓが経過したら、制御ＩＣ１５はスイッチＳ１をＯＦＦする。スイッチＳ１をＯＦＦしたとき、図１０（Ａ）に示すように、ランプ１が点灯していると、単相インバータ１３からの出力電流Ｉ_ｓｏｕｔの振幅が低下しているため、抵抗Ｒ１にダイオードＤの順方向電圧以上の電圧がかからず、コンデンサＣに電荷が充電されずに直流電圧Ｖ_ｄｏｕｔが０Ｖのままになる。一方、図１０（Ｂ）に示すように、ランプ１が点灯していないと、出力電流Ｉ_ｓｏｕｔの振幅が大きいため、コンデンサＣに電荷が充電され、出力電流Ｉ_ｓｏｕｔに応じた直流電圧Ｖ_ｄｏｕｔが検出される。

以上のように、検出部１７に生じる（または生じない）直流電圧Ｖ_ｄｏｕｔを検出することで、ランプ１の点灯または非点灯が判定できる。すなわち、本実施形態の点灯装置１０では、検出部１７の直流電圧Ｖ_ｄｏｕｔを介して単相インバータ１３からの出力電流Ｉ_ｓｏｕｔの電流値を検出する。この出力電流Ｉ_ｓｏｕｔが低下することで直流電圧Ｖ_ｄｏｕｔが検出されず（０Ｖ）、直流電圧Ｖ_ｄｏｕｔが検出されないことによって、制御ＩＣ１５は、ランプ１が点灯したと判定する。一方、出力電流Ｉ_ｓｏｕｔが低下しないことで直流電圧Ｖ_ｄｏｕｔが検出され、直流電圧Ｖ_ｄｏｕｔが検出されることによって、制御ＩＣ１５は、ランプ１が点灯していないと判定する。

また、制御ＩＣ１５は、出力電流Ｉ_ｓｏｕｔの低下（直流電圧Ｖ_ｄｏｕｔの非検出）だけではなく、図１１に示すように、点灯制御中において出力電流Ｉ_ｓｏｕｔ（直流電圧Ｖ_ｄｏｕｔ）が増加することを検出し、その後に出力電流Ｉ_ｓｏｕｔが低下する（直流電圧Ｖ_ｄｏｕｔが０Ｖになる）ことを検出し、これによってランプ１が点灯したと判定する。
ここで、図１１（Ａ）に示すように、ランプ１点灯後のインピーダンスは、点灯直前のインピーダンスよりも大きくなり、初期設定周波数ｆ_ｓ０の近傍のインピーダンスと同程度となる。したがって、制御ＩＣ１５は、出力電流Ｉ_ｓｏｕｔの低下（直流電圧Ｖ_ｄｏｕｔの非検出）だけでランプ１が点灯したと判定すると、初期設定周波数ｆ_ｓ０の近傍において、非点灯にも関わらず点灯したと判定してしまう誤判定になる。

そこで、図１１（Ｂ）に示すように、点灯制御中において出力電流Ｉ_ｓｏｕｔ（直流電圧Ｖ_ｄｏｕｔ）が増加した後に低下することを検出し、これによりランプ１の点灯を判定する。具体的には、制御ＩＣ１５は、駆動周波数ｆ_ｓを変更するたびに検出した直流電圧Ｖ_ｄｏｕｔと、予め設定された電圧閾値とを比較し、直流電圧Ｖ_ｄｏｕｔが電圧閾値未満では点灯判別を開始せず、直流電圧Ｖ_ｄｏｕｔが電圧閾値以上になったときに点灯判別を開始する。すなわち、制御ＩＣ１５は、点灯制御の開始時には点灯判別開始フラグを０（停止）にセットしておき、直流電圧Ｖ_ｄｏｕｔが電圧閾値以上になったとき（図１１（Ｂ）の時間ｔ_ｓ）に、点灯判別開始フラグを１（開始）にセットする（点灯判別範囲）。点灯判別開始フラグが０の場合に、直流電圧Ｖ_ｄｏｕｔが低下したとしても、制御ＩＣ１５は、ランプ１が非点灯であると判定する。一方、点灯判別開始フラグが１の場合（点灯判別範囲）に、直流電圧Ｖ_ｄｏｕｔが低下すると（電圧閾値未満または０Ｖ）、制御ＩＣ１５は、ランプ１が点灯したと判定する。

すなわち、外部負荷６のインピーダンスは、共振周波数ｆ_ｒに近づくほど低下するため、共振周波数ｆ_ｒの付近においてランプ１が非点灯から点灯する直前では、出力電流Ｉ_ｓｏｕｔ（直流電圧Ｖ_ｄｏｕｔ）が徐々に増加していく。そして、ランプ１が点灯すると、図１１（Ａ）に示すように、インピーダンスが増加するため、出力電流Ｉ_ｓｏｕｔが突然低下する（直流電圧Ｖ_ｄｏｕｔが０Ｖになる）。このように出力電流Ｉ_ｓｏｕｔが徐々に増加してから急激に低下する現象に基づいて点灯判定することで、ランプ１の点灯を確実に検出することができ、誤判定を防止することができる。

次に、ランプ１やケーブル５を含む外部負荷６や共振回路１４に異常があった場合、前述のような点灯装置１０の制御を実行しても問題が起きないことを確認した。
図１２は、異常時の外部負荷の周波数とインピーダンスおよび位相との関係を示すグラフであり、図１２（Ａ）は端子開放時の関係を示し、図１２（Ｂ）は端子短絡時の関係を示している。
ここで、端子開放時とは、ランプ１が取り付けられていない状態あるいはケーブル５や共振回路１４の一部が破断した状態で点灯装置１０の電源をＯＮしたときであり、端子短絡時とは、ランプ１やケーブル５、共振回路１４の一部に短絡が起きた状態で点灯装置１０の電源をＯＮしたときである。

図１２（Ａ）に示すように、端子開放時において、点灯装置１０の制御範囲である使用周波数範囲（初期設定周波数ｆ_ｓ０〜下限周波数の間）では、外部負荷６が容量性負荷となる（位相がマイナスとなる）周波数が一部に存在する。しかし、使用周波数範囲の全域に亘ってインピーダンスが高いので、単相インバータ１３や共振回路１４に流れる電流が過大になることがなく、回路中のＭＯＳの発熱による破損は起らないことが確認できた。一方、図１２（Ｂ）に示すように、端子短絡時において、使用周波数範囲の全域で外部負荷６が容量性負荷となっているが、この場合もインピーダンスが高いので、回路中のＭＯＳの破損は起らないことが確認できた。

従って、端子開放時および端子短絡時のいずれかの状態において点灯装置１０の電源を投入し、前述の点灯制御を実行したとしても回路の破損は起きない。そして、点灯制御において、下限周波数まで周波数スイープしてもランプ１の点灯が確認されないため、制御ＩＣ１５が出力電流を停止するとともにインジケータ１６を点灯させてから、点灯制御が終了する。このように外部負荷６や共振回路１４に異常がある状態で電源が投入されたとしても、ランプ１が点灯せずに駆動電流が停止されるとともに、点灯制御が正常に終了したことがインジケータ１６によって報知される。

このような本実施形態の点灯装置１０によれば、以下の作用・効果を奏することができる。
（１）単相インバータ１３の駆動電圧の周波数ｆ_ｓを初期設定周波数ｆ_ｓ０から低周波数側に向かってスイープし、各周波数ｆ_ｓの出力電流によってランプ１が点灯したか否かを判定することで、ランプ１が点灯しやすくできる。また、出力電流を高周波数側から低周波数側に向かって周波数スイープすることで、外部負荷６の共振周波数ｆ_ｒよりも駆動周波数ｆ_ｓが低くならないようにでき、点灯装置１０の回路の破損を防止することができる。

（２）制御ＩＣ１５は、検出部１７の直流電圧Ｖ_ｄｏｕｔによって単相インバータ１３からの出力電流Ｉ_ｓｏｕｔを検出し、ランプ１の点灯判定を実行することで、複雑な検出装置を別途設置しなくても点灯判定することができ、装置の構造を簡単化することができる。単相インバータ１３の出力電流Ｉ_ｓｏｕｔ（直流電圧Ｖ_ｄｏｕｔ）が増加した後に低下することを検出し、この検出に基づいてランプ１の点灯を判定することで、より確実に点灯判定を実行することができる。

（３）ケーブル５の想定される最長ケーブル長さに基づいて点灯制御の判定時間Ｔ_Ｌｓが設定され、この判定時間Ｔ_Ｌｓによって点灯判定が実行されることで、最長ケーブル長さ以下の様々な長さを有するケーブル５に対して点灯判断の確実性を向上させることができる。

（４）点灯制御における駆動周波数ｆ_ｓのきざみ幅Δｆが１ｋＨｚに設定されていることで、点灯制御において、駆動周波数ｆ_ｓが共振周波数ｆ_ｒを下回らないようにでき、外部負荷６が容量性負荷になることがなく、単相インバータ１３の回路が破壊されることを防止することができる。

（５）点灯制御において、周波数スイープで下限周波数に達してもランプ１が点灯しないと判断したら出力電流を停止させることで、駆動電流が印加され続けることによる故障等の発生を防止することができる。

（６）外部負荷６や共振回路１４に異常がある状態で電源が投入されてランプ１が点灯しない場合に、点灯制御が正常に終了したことがインジケータ１６によって報知されるので、点灯装置１０が正常に動作していることが利用者から判別できる。従って、ランプ１が点灯しない非点灯の原因として、点灯装置１０の故障等ではなく、ランプ１や外部負荷６の異常などを点検すればよいので、原因追及の手間を削減することができる。

〔実施形態の変形〕
なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、前記実施形態では、外部負荷６のケーブル５の長さとして、０ｍから３０ｍまでのものを例示したが、ケーブル長さとしては３０ｍまでに限定されるものではなく、３０ｍを超えるケーブルを備えた外部負荷に本発明の点灯装置を適用してもよい。

また、前記実施形態では、外部負荷６に１つのランプ１が接続された場合を説明したが、本発明の点灯装置としては、複数の無電極電灯を含む外部負荷に利用されるものであってもよい。その際、複数の無電極電灯が直列または並列に接続されていてもよく、そのような外部負荷の周波数特性に応じて点灯装置による点灯制御のパラメータ（初期設定周波数ｆ_ｓ０や、判定時間Ｔ_Ｌｓ、駆動周波数ｆ_ｓのきざみ幅Δｆ等）が適宜に設定されていればよい。

前記実施形態では、検出部１７の直流電圧Ｖ_ｄｏｕｔによって単相インバータ１３からの出力電流Ｉ_ｓｏｕｔ（直流電圧Ｖ_ｄｏｕｔ）を検出し、この値に基づき制御ＩＣ１５がランプ１の点灯判定を実行したが、点灯判定の方法は特に限定されない。すなわち、検出部１７のような回路を用いずに、適宜なセンサ等を用いて出力電流または出力電圧を検出してもよく、その検出位置も任意に設定することができる。

また、前記実施形態では、想定される最長ケーブル長さに基づいて点灯制御の判定時間Ｔ_Ｌｓが設定されていたが、判定時間はケーブルの長さに基づいて設定されるものに限られない。すなわち、ケーブルの長さの他にも外部負荷の周波数特性に影響のある周辺環境や設置条件などを考慮して判定時間が設定されてもよい。
また、周波数スイープにおける周波数のきざみ幅Δｆは、外部負荷６の共振周波数ｆ_ｒと点灯時間Ｔ_Ｌ（判定時間Ｔ_Ｌｓ）との関係に基づいて設定されるものに限らず、他の条件を考慮して設定されてもよい。

以上のように、本発明は、周辺環境や設置条件などの影響によって点灯周波数が変動した場合であっても点灯しやすくできる無電極電灯の点灯装置に広く適用できる。

１ ランプ（無電極電灯）
５ ケーブル
６ 外部負荷
１０ 点灯装置
１１ 整流平滑回路（電源入力回路）
１２ ブーストコンバータ（電源入力回路）
１３ 単相インバータ（インバータ回路）
１４ 共振回路
１５ 制御ＩＣ（回路制御部）
１６ インジケータ（報知手段）

Claims (6)

1. 無電極電灯を含む外部負荷に高周波交流電流を供給して無電極電灯を点灯させるための点灯装置であって、
   電源電流を整流して昇圧する電源入力回路と、
   前記電源入力回路からの電圧の周波数を変換するインバータ回路と、
   前記インバータ回路からの電圧を正弦波にして出力する共振回路と、
   前記インバータ回路を制御する回路制御部と、を備え、
   前記外部負荷には、前記共振回路と無電極電灯とを接続するケーブルが含まれ、このケーブルの長さとして想定される最長ケーブル長さに基づき、点灯判定までの判定時間が設定され、
   前記回路制御部は、
   前記インバータ回路に発生させる電圧の周波数を高周波数側から低周波数側に向かって順次変更して前記インバータ回路に電流を出力させてから前記判定時間が経過したときに、各周波数の出力電流によって無電極電灯が点灯したか否かを判定する点灯判定を実行し、
   点灯しないと判定した場合は、周波数を変更して点灯判定を繰り返し、
   点灯したと判定した場合は、そのときの周波数の出力電流を前記インバータ回路に発生させ続ける
   ことを特徴とする無電極電灯の点灯装置。
2. 請求項１に記載された無電極電灯の点灯装置において、
   前記回路制御部は、
   前記インバータ回路の出力電流の電流値を検出し、この電流値の低下に基づいて無電極電灯が点灯したと判定する
   ことを特徴とする無電極電灯の点灯装置。
3. 請求項２に記載された無電極電灯の点灯装置において、
   前記回路制御部は、
   周波数の順次変更に伴って前記インバータ回路の出力電流の電流値が増加した後に低下することを検出し、この検出に基づいて無電極電灯が点灯したと判定する
   ことを特徴とする無電極電灯の点灯装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載された無電極電灯の点灯装置において、
   前記最長ケーブル長さのケーブルを含む前記外部負荷に対して前記判定時間による点灯判定を実行した場合に無電極電灯が点灯する点灯周波数と、当該外部負荷における共振周波数と、の周波数差よりも小さいきざみ幅によって、前記回路制御部が周波数を変更する
   ことを特徴とする無電極電灯の点灯装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれかに記載された無電極電灯の点灯装置において、
   前記回路制御部は、
   変更した周波数が所定の下限周波数に達しても無電極電灯が点灯しないと判定した場合は前記インバータ回路からの出力電流を停止させる
   ことを特徴とする無電極電灯の点灯装置。
6. 請求項５に記載された無電極電灯の点灯装置において、
   前記回路制御部は、
   前記下限周波数に達して出力電流を停止させるとともに、点灯判定が正常に終了したことを報知手段によって報知する
   ことを特徴とする無電極電灯の点灯装置。

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